Cesium (tai cesium) on kemiallinen alkuaine, jonka järjestysluku on jaksollisen järjestelmän mukaan 55. Sen atomiluku on 55. Sen symboli on Cs.

Cesium on alkalimetalli. Sen sulamispiste on alhainen (28 °C). Se on erittäin reaktiivinen. Suuren reaktiivisuutensa vuoksi se on vaarallinen kemikaali. Se voi syttyä (syttyä) ilmassa. Se räjähtää joutuessaan kosketuksiin veden kanssa. Se reagoi veden kanssa voimakkaammin kuin muut alkalimetallit. Tämän vuoksi cesiumia säilytetään mineraaliöljyssä.

Cesium on harvinainen alkuaine. Koska cesiumia on maapallolla vähän, se on melko kallista. Ihmiskeho ei tarvitse cesiumia. Suurina määrinä sen kemialliset yhdisteet ovat lievästi myrkyllisiä, koska se on lähellä kaliumia, jota elimistö tarvitsee.

Perusominaisuudet

Cesiumin atomipaino on noin 132,905 u. Se on pehmeä, hopeanhohtoinen, kiiltävä metalli, joka muuttuu nopeasti himmeäksi ja tummaksi kosteassa ilmassa hapettuessaan. Tärkeitä fysikaalisia arvoja:

  • Sulamispiste: noin 28,4 °C (siksi cesium voi olla nestemäistä huoneenlämmössä lämpimämpänä päivänä)
  • Kiehumispiste: noin 671 °C
  • Tiheys: noin 1,93 g/cm³ (20 °C)
  • Elektronikonfiguraatio: [Xe] 6s1 (yksi ulkoelektroni)

Kemiallinen käyttäytyminen

Cesiumin ulkoelektroni on löyhästi sidottu, minkä vuoksi se menettää helposti elektronin ja muodostaa +1-oksidaatiotilan. Elementtinä se reagoi voimakkaasti vesiliuosten, hapettimien ja monien orgaanisten yhdisteiden kanssa. Vesireaktiossa muodostuu cesiumhydroksidia (CsOH), joka on erittäin emäksinen ja korroosiivinen.

Isotoopit ja radioaktiivisuus

Luonnossa esiintyvin isotooppi on vakaa 133Cs. Tärkeitä radioisotooppeja ovat 134Cs ja 137Cs, joita syntyy ydinreaktioissa ja ydinonnettomuuksissa. Erityisesti 137Cs on yhteiskunnallisesti merkittävä, koska sen puoliintumisaika on pitkä (n. 30 vuotta) ja se leviää ympäristöön helposti, aiheuttaen pitkäaikaista säteilyä ja kontaminaatioriskiä.

Luontainen esiintyminen ja jalostus

Cesiumia esiintyy maankuoren mineraaleissa, joista tärkein on pollusiitti (joskus kirjoitetaan pollucite). Cesiumia erotetaan mineraaleista liottamalla, ioninvaihdolla ja elektrolyysillä. Koska raaka-ainetta on vähän, puhdas metalli on suhteellisen kallista tuottaa.

Käyttökohteet

  • Atomikellot: Cesium-133:n hyperfine-siirtymää käytetään kansainvälisen sekunnin määritelmässä ja tarkissa atomikelloissa.
  • Teollisuus ja tutkimus: cesiumsuoloja käytetään esimerkiksi scintillaattoreissa, optoelektroniikassa, valonhajottimissa ja katalyyttisissa sovelluksissa.
  • Porausnesteet: jotkin cesiumin suolat (esim. cesiumformaatit) parantavat porausten sulkemisominaisuuksia öljy- ja kaivostoiminnassa.
  • Radiologiset lähteet: radioaktiivista 137Cs käytetään säteilynlähteinä teollisissa mittalaitteissa ja kalibroinneissa; sen käyttö vaatii tarkat turvallisuustoimenpiteet.

Turvallisuus ja käsittely

Elementaarinen cesium on erittäin reaktiivinen ja voi syttyä itsestään ilmassa. Yhteenveto turvallisesta käytöstä:

  • Elementtiä pidetään kuivassa, ilmatiiviissä astiassa ja yleensä mineraaliöljyn tai inertin kaasun alla.
  • Kosketusta veden tai kosteuden kanssa on ehdottomasti vältettävä; pienikin määrä voi aiheuttaa voimakkaan reaktion tai palon.
  • Työskentelyssä käytetään suojalaseja, suojakäsineitä ja tarvittaessa hitsaus- tai kasuunituulettimia. Käytännössä puhdasta metalli-cesiumia käsitellään useimmiten hapettomassa työtilassa (esim. argon-glovebox).
  • Radioaktiivisten cesiumisotooppien kanssa työskenneltäessä noudatetaan säteilyturvallisuusohjeita, rajataan pääsy ja varataan asianmukaiset mittarit ja suojavarusteet.
  • Hävittäminen ja jätteenkäsittely tehdään voimassa olevien lakien ja määräysten mukaisesti.

Terveysvaikutukset ja ympäristö

Keho ei tarvitse cesiumia ravintoaineena. Kemiallisesti cesiumin suolat voivat käyttäytyä kaliumin tapaan ja suuret pitoisuudet voivat häiritä elektrolyyttitasapainoa. Radioaktiiviset isotoopit, kuten 137Cs, ovat terveydelle haitallisia säteilyn vuoksi ja voivat kertyä maaperään ja kasveihin, mistä ne voivat kulkeutua ravintoketjuun. Ympäristössä cesium voi sitoutua maahiukkasiin, mutta helposti liukenevat muodot leviävät vesistöihin.

Yhteenveto

Cesium on harvinainen, erittäin reaktiivinen alkalimetalli, jolla on sekä tärkeitä teollisia ja tieteellisiä käyttökohteita että huomattavia turvallisuus- ja ympäristöriskejä. Elementin ja sen yhdisteiden käsittely vaatii erityistä varovaisuutta, ja radioaktiivisten isotooppien käyttö edellyttää säteilysuojelutoimenpiteitä.